流体力学 第01章 流体力学绪论.pptVIP

* * 1.2.1 实验模拟方法 在流体力学的发展过程中，实验方法是最先使用的一种，它在其他两种方法出现以前已做出过巨大贡献。实验研究方法在流体力学中有着广泛的应用，流体力学的实验研究主要是在风洞、水池、水槽、水电比拟等实验设备中进行模型试验或实物试验。通过实验得出的结果一般来说是可靠的。实验方法的优点是：能直接解决生产中的复杂问题，能发现流动中的新现象和新原理，它的结果可以作为检验其他方法正确与否的依据。但是实验方法往往要受模型尺寸的限制，此外还有边界影响，相似准则不能全部满足等问题。还有，针对不同情况，需作不同的实验，即所得结果的普适性较差。 1.2.2理论分析方法 继实验方法之后出现的是分析方法，即建立理论模型的方法。理论研究方法的特点在于科学的抽象(近似)，从而能够利用数学方法求出理论结果，清晰地、普遍地、揭示出物质运动的内在规律。分析方法的优点是：分析解明确地给出了各种物理与流动参量之间的变化关系，有较好的普适性。缺点是数学上的困难很大，能获得的分析解的数量有限。 1.2.3数值计算方法 用电子计算机进行数值计算，这是20世纪中叶才出现的一种方法。数值方法的优点是：许多用分析法无法求解的问题，用此法可以求得它们的数值解。与实验相比，所需的费用和时间都比较少，而且有较高的精度。当然数值方法也有其局限性，它仍是一种近似方法，它的结果仍应与实验或其它精确结果进行比较。这种方法的缺点是：对于复杂而又缺乏完善数学模型的问题，仍无能为力。正是在这些方面，实验方法和理论分析起到数值方法所不能起的作用。 这三大分支构成了流体力学的完整体系，它们各有所长，相辅相成，推动着这一学科不断向前发展。若要有效地利用流体力学解决工程问题，应当熟练地掌握这些方法以便根据具体情况，取长补短地加以应用。 理论、计算和实验这三种方法各有利弊，相互促进。实验用来检验理论结果和计算结果的正确性与可靠性，并提供建立运动规律及理论模型的依据。这样的作用不管理论和计算发展得多么完善都是不可顶替的。而理论则能指导实验和计算，使它进行得富有成效。并且可以把部分实验结果推广到一整类没有做过实验的现象中去。计算可以弥补理论和实验的不足，对一系列复杂流动进行既快又省的研究工件。理论、计算和实验这样不断的相互作用是流体力学方法的威力所在，也是流体力学得到飞速发展的原因之一。 流体力学内容广泛，本书将着重讨论不可压流体(水)对物体(船舶、海洋结构物)的作用力以及由此而引起的物体的运动。 * 流体是由流体分子组成的，从微观角度看，流体分子之间是不连续的、有间隙的。而且间隙比分子尺度大得多。因此，流场中的流体物理量本质上是不连续的。 流体不连续将会给数学处理带来很大的麻烦。其实，我们并不关心单个流体分子的运动，我们感兴趣的是大量流体分子运动的宏观统计特性。流体力学本质上是一门宏观力学。为了避免由于流体分子之间的不连续所带来的数学上的困难，1753年欧拉提出了连续介质模型。 连续介质的概念源于数学。从数学上讲，实数系是一个连续集。时间可以用一个实数系t代表，三维空间可以用三个实数系x，y，z来代表，于是可以将时间和空间看成一个四维的连续集。将连续集的概念推广到物质时，认为物质在空间是连续分布的，这种物质就是连续介质。 流体的连续介质模型是基于这样的事实提出的：在非常小的流体体积(质点)内，含有大量的流体分子。流体由流体质点组成，流体质点连续的、无间隙的分布于整个流场中。 * * * 牛顿流体与非牛顿流体 牛顿型流体： 如空气、水、汽油、煤油、甲醇、乙醇、甲苯 非牛顿型流体： * 一、流体的压缩性 定义：温度不变，流体的体积随压强增加 而缩小为流体的压缩性。 温度不变时压强增加一个单位所引起 的流体体积相对缩小量的倒数，即 称为体积摸量 流体的其他属性 * E的值越大表明流体越不易压缩 温度为15oC时，通常可取水的Ｅ值为 1.9613×109Ｐa。 因为 所以 流体的其他属性 * 二、流体的膨胀性 定义：压强不变，流体的体积随温度增高而 增大，称为流体的膨胀性。 通常用体积膨胀系数β表示。是指压强不变 时温度增加一个单位所引起的流体体积相对 增大量，即 或称温度膨胀系数 * 三、液体的汽化和空化 若液体的压力小于大气压力，或温度升高 时，部分溶解于液体中的气体会形成气泡 若液体的压力小于汽化压力时，液体本 身会汽化形成局部孔穴的气泡。 这些局部气泡随流体运动，会产生破裂或 聚并，破裂的气泡会产生很大的动量冲量，若 这现象发生在物面附近，将对材料形成严重的 剥蚀作用。 * §１-4 作用于流体上的力 1.质量力（体积力） 重力场，有Ｘ＝０,Ｙ＝０，Ｚ＝－ｇ 单位质量力: 其大小与流